CO2激光雕刻机的折/衍混杂f-θ镜设计

以工作于CO2激光主波长的传统两片球面透镜型f-θ镜为基础,引入衍射面实现消色差,设计了工作于可调谐CO2激光的波段范围9.0～11.0 μm的f-θ镜.结果表明,所设计的折/衍混杂f-θ镜不仅很好地工作在所要求的波段范围内,而且单色像差比原单波长f-θ镜有所提高,像面上的光斑在各个波长和视场上大小均匀.系统像差在各个波长上都接近或达到衍射极限,具有精确的光学扫描特性.     

CO2激光打孔的折衍混合f-θ 透镜设计

激光打孔广泛应用于印刷电路板处理等领域,在该技术中f-θ透镜起到扫描成像的重要作用。利用折衍混合系统设计了f-θ透镜，在满足性能要求的前提下，减少了透镜的个数，降低了系统成本。该系统采用像方远心光路，工作波长为9.25 μm，打孔直径50 μm，深度182 μm，扫描面积达70 mm×70 mm。     

YAG激光打标机f-theta透镜的光学设计

随着激光应用技术的发展,F-θ透镜被广泛地应用于红外、激光等扫描系统中。文章基于F-θ透镜的原理和特性,根据使用要求,利用ZEMAX软件,设计一个F-θ镜头。该镜头焦距160mm,视场角false。优化设计后,像散值在像差容限范围内,满足平场要求;F-θ镜头相对畸变小于false;光能利用率好,聚焦性能接近衍射极限。该镜头结构简单,符合使用要求。     

大视场凝视型红外共形光学系统设计

为提高导弹整流罩气动性能,增强导引头系统稳定性,增大观察视场,完成了共形整流罩结合红外鱼眼镜头的新型红外凝视成像导引头光学系统设计。光学系统采用的椭球形共形整流罩将反远距结构与f-θ成像相结合,通过控制像方视场角提高像面照度的均匀性。对不同结构共形系统的像差特性进行了分析。光学系统解决了大视场光阑像差问题,最终获得±90°的无渐晕观察视场,其冷光阑效率为100%,全视场MTF在15 lp/mm处均大于0.5,点斑均方根半径小于30μm,在半径为50μm圆内能量集中度为93%以上,像面相对照度高于85%,满足大视场光学系统的成像要求。     

2.5倍光学变焦内置式手机摄像镜头的设计

包含直角棱镜的第一镜片组作为系统的前同定组.采用系统的运动组及像面与第一镜片组不共轴的结构形式设计一个满足56°视场(FOV)角、2.5倍光学变焦及600万像索要求的手机摄像镜头.利用全动型变焦距透镜高斯光学法计算镜头结构.用Code-V优化镜头系统,畸变为-5%～5%,弥散斑大小均匀,调制传输函数(MTF)值在空间频率20 lp/mm处大于0.8,184 lp/mm处大于0.1.公差分析验证了镜头的合理性.     

光学补偿中波红外变焦光学系统设计

针对320×240凝视焦平面阵列探测器,设计了一个变倍比为12x的中波光学补偿连续变焦光学系统.该系统由7片透镜和两个反射镜构成,可实现26.7mm/80mm/160mm/320mm四档变焦,工作波段为3.7～4.8μm,满足100%冷光阑效率.设计结果表明,该系统具有结构简单、透过率高、体积小、像质高等优点.     

用于交通监控系统的光学成像镜头的设计

设计一种用于交通监控系统的宽波段大孔径光学成像镜头,利用红外光的大气窗口,可在黑暗中或能见度不佳的环境中得到清晰的图像。为了对近红外光与可见光成像,采用CCD作为图像传感器,选用的CCD像元尺寸为4.65μm,其分辨率极限为110lp/mm。镜头的F数为1.6,视场角为16.8°,中心波长为880nm的近红外光,工作波段为400～1000nm。通过计算光学镜头的参数,选用松纳型作为镜头初始结构,通过软件优化,在110lp/mm空间频率处所有视场的调制传递函数(MTF)值超过0.3,最大畸变小于0.1%。     

基于二元光学的双视场红外光学系统设计

红外两档变倍光学系统具有结构简单、装调容易等特点,同时衍射光学元件的引入,增强了镜头的成像质量,减少了光学元件的数量,减轻了系统重量.介绍了含有衍射光学元件的两档变倍光学系统的设计原理,设计了一个折-衍混合的两档变倍的光学系统,对长、短焦距位置进行了像差分析,结果表明该设计能够很好的满足实际工程的需要.     

环形多反射式可见/短波红外光学镜头设计

为了实现可见/短波红外镜头的小型化设计，参考环形多反射结构的光学系统，针对单片多反射系统难以校正色差的问题，设计了一个130万像素的紧凑型双片结构的环形多反射式光学镜头。通过分析遮拦比和光学参数对系统的光学传递函数的影响，确定了系统的最佳遮拦比和光学参数。优化后的光学镜头包含两片透镜，材料选用氟化钙，两片透镜之间产生4次反射，各反射面均为偶次非球面。镜头的工作波段为400～1700 nm，焦距为75 mm，直径为50 mm，遮拦比为0.75，全视场角为6.2°，系统总长为22.7 mm，系统长度与焦距比为0.302。优化后镜头光学传递函数曲线平滑，100 lp/mm处大于0.35，倍率色差小于0.9μm，成像质量良好。     

空间环境模拟系统光学窗口组件设计

光学窗口组件作为空间环境模拟系统与外界的接口,是不可或缺的重要组成部件。空间环境模拟系统共有两类光学窗口组件,针对两类光窗组件分别进行了结构方案设计。通过强度理论公式对光窗组件进行了强度校核,采用有限元分析软件计算了压力对光学玻璃表面变形的影响,并分析了光学玻璃表面变形对光窗组件光学性能的影响。计算结果表明:工作过程中,通光口径为Φ150 mm的光窗组件光学玻璃产生的应力为0.82 MPa;通光口径为Φ350 mm的光窗组件光学玻璃产生的应力为3.28 MPa,均满足强度要求。利用Zemax软件分析得到,通光口径为Φ150 mm的光窗组件波像差PV值为λ/8;通过计算得到通光口径为Φ350 mm的光窗组件在Φ170 mm~Φ190 mm环带区域内光程差为0.8 nm,均满足光学性能要求。因此,光学窗口组件结构方案设计既满足强度和可靠性要求,又满足光学性能要求,整个光学窗口组件安全可靠。     

激光大尺度3维动态聚焦扫描加工系统研究

为了满足激光3维微加工不断提高的精度要求、不断增大的加工尺寸范围,以及加工效率的上升需求,采用理论分析和计算结合的方法,研制出由动态聚焦镜和2维扫描振镜组合的动态聚焦系统,与高精度X-Y-Z 3维高精度工作台集成为一台激光大尺度3维动态聚焦扫描加工设备。设计了焦距为100mm、视场角15、光阑口径7mm、后工作距137mm、相对畸变小于0.5%的远心f-镜和入光口径8mm、光学杠杆比1:8、后工作距800mm40mm的动态聚焦镜系统,并使用ZEMAX软件对系统关键光学部件动态聚焦镜和远心f-镜进行光学设计及系统性能评价。结果表明,通过工艺控制软件分层拼接,实现了460mm310mm50mm大尺度3维动态聚焦的高精度紫外激光微加工功能,在该3维扫描范围内,激光聚焦光斑直径始终保持小于10m,从而满足大尺度激光3维精密微加工需求。     

一款超小型广角医用内窥镜镜头的设计

为了满足现代医疗内窥镜对小型化、便携性以及广角的需求,结合现代塑胶非球面和注塑成型技术,使用Zemax光学设计软件设计了一款超小型医疗用广角内窥镜镜头。该镜头使用了两片塑胶非球面,其光学结构为负正结构形式且分别位于孔径光阑的两侧。设计结果显示:该镜头的F数为6.0,全视场角为150°,系统总长为3.38 m,镜头外径为2 mm。该设计在1/2奈奎斯特频率处,各视场均大于0.45。通过对该镜头的测试,其图像清晰,能够较好地观察到人体内部组织的细节,满足医疗使用的要求。     

一种内调焦对心器用电视测微镜头的设计

利用CODE V光学软件设计了一种用于内调焦对心器的电视测微镜头。该镜头由四片透镜组成,采用正负正焦距对称结构。其焦距为17.20 mm,数值孔径为0.063,视场为16.82°。该镜头工作在486～656 nm波段,总长为68 mm。系统的全视场畸变为-1.13%,调制传递函数MTF值在空间频率为60 lp/mm时大于0.64。设计结果表明,该系统的成像质量良好,结构紧凑,满足使用要求。     

折衍混合紫外告警光学系统设计

为了满足紫外告警系统在军事方面的应用,采用二元衍射元件和非球面元件,设计了一种日盲紫外告警的光学系统,其工作波长范围为240nm～280nm,视场角为40°,采用“负-正“型式的反摄远镜头结构,仅由5块透镜构成,此镜头结构简单、体积较小、能量集中度高。结果表明,此设计方案能很好地解决紫外镜头轴外像差校正的问题,使点列图能量集中,小于紫外CCD的像素,满足紫外告警设计要求。     

红外折/衍混杂f-theta镜研究

根据现代红外激光扫描系统的需求,分别设计了工作于808nm～1064nm波段和1064nm～1500nm波段的折/衍混杂f-theta系统。系统分别由三片镜和四片镜组成,激光扫描范围分别为100mm×100mm和60mm×60mm。此二系统相配合,可以完成在808nm～1500nm波长范围的激光扫描工作。点列图分析表明,输出光斑质量优良均匀,在0视场、0.7视场、和全视场光斑均接近衍射极限。像差分析表明,系统最大色差为26μm,最大场曲小于0.3mm,最大f-theta误差小于0.03%。满足现代多工作波长、高精度激光打标机的实际需求。     

采用非制冷红外探测器的折衍混合物镜设计

针对长波320×240元非制冷焦平面阵列探测器,设计了折射／衍射混合大相对孔径红外镜头,工作波段8～12舯,焦距为90mm,F数为1,视场为10°．系统为三片式结构：利用二元光学元件具有大的负向色散特性,在第4面引入衍射面,有效地消除了色差,简化了系统结构并减轻了质量,并用ZEMAX光学设计软件进行了像质评价．结果表明,系统成像质量良好,各项指标均满足使用要求．     

应用于钢管直线度机器视觉测量的光学成像系统设计

针对钢管直线度的机器视觉测量,设计了成像系统的技术指标.采用双高斯结构设计了光学成像系统基本结构,并通过ZEMAX光学模拟及像质分析,对成像镜头的结构参数进行了优化.设计结果表明,该光学成像系统总体成像质量较好,畸变小于0.08%,在频率为62·5 lp/mm时,0.7ω视场的MTF值大于0.5,能够用于钢管直线度测量...     

用二元光学元件简化相干激光雷达天线系统的光学设计

根据相干激光雷达小型化、轻量化、低成本和高性能的要求,采用小口径、平面基底的二元光学元件对外差探测、收发合置的相干激光雷达天线系统的结构进行简化.按照使用需要设计了一个透射式伽利略型天线系统,整个系统只用了一片大口径球面透镜,一片小口径球面透镜和一片小口径二元光学校正元件.设计参数为:发射系统物方视场角2ω=10°,出瞳口径Φ=100 mm ,束散角压缩比β=5×,激光光源波长λ=10.6 μm.设计结果为:光学天线系统的像质达到衍射极限.(OG10)     

外鼓式热敏CTP制版机光学系统设计

为了解决外鼓式热敏计算机直接制版(CTP)设备的制版镜头因畸变、场曲过大而导致制版质量不良问题, 采用ZEMAX光学仿真软件, 设计了一款低畸变、低场曲的制版镜头光学系统, 并对其进行了公差分析和实验验证。结果表明, 该光学系统由6片透镜组成, 工作波长为830 nm, 场曲小于1 μm, 畸变小于0.1%, 调制传递函数在全视场200 lp/mm处大于0.7, 并且镜片都采用标准球面设计, 制版效果良好。该系统能够满足实际制版生产需求, 具有一定的市场前景。     

基于Tracepro的太赫兹探测阵列光学镜头设计

太赫兹探测成像技术是一种新兴的、极具发展前景的探测技术。为了满足太赫兹探测阵列的成像要求,设计了一种结构紧凑的折射型光学镜头,并采用Tracepro软件对该光学镜头轴上及离轴无穷远点在焦平面的成像情况进行了模拟仿真,优化了光学镜头结构参数。设计的光学镜头采用HRFZ-Si作透镜材料,并在透镜表面涂覆parylene抗反薄膜,其焦距为26.2 mm,视场角为16.3°,相对孔径为1.9∶1,分辨率为20 lp/mm。